(57)【要約】【課題】プロジェクション溶接において、溶接品質の良否を自動判別することができる方法を提供すること。【解決手段】突起部を有する被溶接材２と突起部を有しない被溶接材２とを一対の電極１ａ、１ｂによって加圧通電してナゲットを形成するプロジェクション溶接の品質判別方法において、本溶接の前に、適正なナゲットを形成するテスト溶接を行い、このテスト溶接中の瞬時電力値Ｐｄの時間変化を所定周期ごとにＡ／Ｄ変換してデータ列として記憶し、この記憶されたデータ列に基づいて電力基準値生成回路ＰＳは電力基準パターンを生成し、本溶接中の瞬時電力値Ｐｄが前記電力基準パターンからの所定範囲Ｐｓ±ΔＰｓ内で変化したときは溶接品質が良好であったと判別する。【選択図】図１
2010269337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
突起部を有する被溶接材と突起部を有しない被溶接材とを一対の電極によって加圧通電してナゲットを形成するプロジェクション溶接の品質判別方法において、
本溶接の前に、適正なナゲットを形成するテスト溶接を行い、このテスト溶接中の瞬時電力値の時間変化を所定周期ごとにＡ／Ｄ変換してデータ列として記憶し、この記憶されたデータ列に基づいて電力基準パターンを生成し、
本溶接中の瞬時電力値が前記電力基準パターンからの所定範囲内で変化したときは溶接品質が良好であったと判別する、
ことを特徴とするプロジェクション溶接の品質判別方法。
【請求項２】
前記テスト溶接を複数回行い、それぞれのテスト溶接中の前記データ列を平均化して前記電力基準パターンを生成する、
ことを特徴とする請求項１記載のプロジェクション溶接の品質判別方法。
【請求項３】
前記被溶接材の条件ごとに、前記テスト溶接を行って前記電力基準パターンを生成する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載のプロジェクション溶接の品質判別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接中の瞬時電力値の時間変化を監視することによって溶接品質の良否を判別するためのプロジェクション溶接の品質判別方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクション溶接は、突起部を有する被溶接材と突起部を有しない被溶接材とを一対の電極によって加圧通電し、突起部を溶融させてナゲットを形成する溶接法である。一般的に、プロジェクション溶接は、被溶接材の板厚の差が極端に違う場合、溶接電流をナゲットを形成したい個所に集中させたい場合等に使用される。このプロジェクション溶接によって形成されるナゲットの品質を、溶接中の種々の電気信号を解析することによって行う方法が従来から提案されている。以下、この品質監視方法に関する従来技術について説明する。
【０００３】
［従来技術１（特許文献１参照）］
従来技術１の品質監視方法では、プロジェクション溶接時に溶接電流と電圧、溶接時に被溶接物へ加えている加圧力、被溶接材におけるプロジェクション溶接における被溶接材の変化による変位量の各パラメータの変化を少なくとも所定時間表示するものである。そして、ナゲットの品質判断に当っては、表示されたこれらのパラメータの時間変化を品質管理者が蓄積された経験に基づいて総合判断するものである。したがって、従来技術１の品質監視方法では、品質管理者の総合判断が重要な部分を占めていることになる。
【０００４】
［従来技術２（特許文献２参照）］
従来技術２の品質監視方法は、通電開始から設定された時間までの所定サイクル毎の電圧データの合計値が、溶接強度判定閾値電圧以上のときは必要溶接強度以上と判定し、前記溶接強度判定閾値電圧未満のときは必要溶接強度未満と判定する第一判定工程と、通電から最大電圧を示すまでの最大電圧到達時間が、溶接強度判定閾値電圧時間を超えるとき必要溶接強度未満と判定し、前記溶接強度判定閾値電圧時間以下のとき必要溶接強度以上と判定する第二判定工程と、通電から所定電極間変位を示すまでの所定変位到達時間が、溶接強度判定閾値変位時間を超えるとき必要溶接強度未満と判定し、前記溶接強度判定閾値変位時間以下のとき必要溶接強度以上と判定する第三判定工程と、電極間変位の最大値が、溶接強度判定閾値変位以上のとき必要溶接強度以上と判定し、前記溶接強度判定閾値変位未満のとき必要溶接強度未満と判定する第四判定工程との四判定工程のいずれか一つの判定工程から構成されている。そして、これらの判定工程を適宜組み合わせることによって、ナゲットの強度が基準値を満たしているかを判定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３０１３４９号公報
【特許文献２】特開２０００−３１２９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術１の品質監視方法では、表示される各パラメータの時間変化に基づいて溶接品質の良否を判断するのは人間である。このために、判断を行う者（品質管理者）の経験、ノウハウ等によって、その判断結果はバラツクことになる。さらには、品質判定を自動化することもできなかった。
【０００７】
従来技術２の品質監視方法では、４つの判定工程を組み合わせることによって、ナゲットの強度が適正であるかを判定することができると記載されている。品質判定に当っては、ナゲットの直径（強度）と共に、ナゲットにチリが発生しない美しい外観であることも重要である。しかしながら、従来技術２の品質監視方法では、チリの発生過程を監視していないために、チリの発生を判定することができなかった。
【０００８】
そこで、本発明では、チリの発生がなく、かつ、ナゲット径が適正である溶接品質の良好状態を自動判定することができるプロジェクション溶接の品質判定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、突起部を有する被溶接材と突起部を有しない被溶接材とを一対の電極によって加圧通電してナゲットを形成するプロジェクション溶接の品質判別方法において、
本溶接の前に、適正なナゲットを形成するテスト溶接を行い、このテスト溶接中の瞬時電力値の時間変化を所定周期ごとにＡ／Ｄ変換してデータ列として記憶し、この記憶されたデータ列に基づいて電力基準パターンを生成し、
本溶接中の瞬時電力値が前記電力基準パターンからの所定範囲内で変化したときは溶接品質が良好であったと判別する、
ことを特徴とするプロジェクション溶接の品質判別方法である。
【００１０】
第２の発明は、前記テスト溶接を複数回行い、それぞれのテスト溶接中の前記データ列を平均化して前記電力基準パターンを生成する、
ことを特徴とする第１の発明記載のプロジェクション溶接の品質判別方法である。
【００１１】
第３の発明は、前記被溶接材の条件ごとに、前記テスト溶接を行って前記電力基準パターンを生成する、
ことを特徴とする第１又は第２の発明記載のプロジェクション溶接の品質判別方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、本溶接の前に、適正なナゲットを形成するテスト溶接を行い、このテスト溶接中の瞬時電力値の時間変化を記憶して電力基準パターンを生成する。このために、適正化された溶接条件でテスト溶接を行うだけで、電力基準パターンの適正値を効率的に生成することができる。したがって、生産準備に多くの時間を費やすことがない。そして、本溶接中の瞬時電力値が電力基準パターンからの所定範囲内で変化するかを判別することによって、溶接品質が良好（チリの発生がなく、かつ、ナゲット径が適正である状態）であることを自動判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係るプロジェクション溶接の品質判別方法を実施するための溶接装置のブロック図である。
【図２】図１の電力基準値生成回路ＰＳにおける電力基準パターンＰｐの生成方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係るプロジェクション溶接の品質判別方法を実施するための溶接装置のブロック図である。同図は、インバータ制御方式のプロジェクション溶接装置の場合であり、溶接電流Ｉｗは直流となる。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００１６】
インバータ回路ＩＮＶは、商用交流電源ＡＣを入力として、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御を行い、高周波交流を出力する。このインバータ回路ＩＮＶは、図示は省略するが、商用交流電源ＡＣを整流する１次整流回路、整流された直流を平滑する平滑コンデンサ、平滑された直流を高周波交流に変換する複数のスイッチング素子から成るブリッジ回路から構成される。高周波変圧器ＴＲは、高周波交流をプロジェクション溶接に適した電圧値に降圧する。２次整流回路ＤＲは、降圧された高周波交流を直流に整流する。１対の電極１ａ、１ｂは、片方が突起部を有する２枚の被溶接材２を加圧し、電極を介して溶接電流Ｉｗが通電し溶接電圧Ｖｗが印加する。
【００１７】
電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して電流検出信号Ｉｄを出力する。電圧検出回路ＶＤは、電極間電圧である上記の溶接電圧Ｖｗを検出して電圧検出信号Ｖｄを出力する。瞬時電力値算出回路ＰＤは、上記の電流検出信号Ｉｄ及び上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、両値を乗算し、瞬時電力値信号Ｐｄを出力する。
【００１８】
溶接モード選択回路ＭＳは、テスト溶接モード及び本溶接モードの２つの溶接モードから１つを選択することができ、テスト溶接モードが選択されたときは溶接モード選択信号ＭｓをＨｉｇｈレベルにして出力し、本溶接モードが選択されたときは溶接モード選択信号ＭｓをＬｏｗレベルにして出力する。この溶接モード選択回路ＭＳは、スイッチ、押しボタン等が相当する。また、ロボットを使用した溶接装置においては、上記の溶接モード選択信号Ｍｓをロボット制御装置から設定するようにしても良い。溶接時間設定回路ＴＷＲは、１回当たりの溶接時間を設定するための溶接時間設定信号Ｔwrを出力する。溶接開始回路ＳＴは、溶接を開始するときにＨｉｇｈレベルになる溶接開始信号Ｓｔを出力する。起動回路ＯＮは、上記の溶接時間設定信号Ｔwr及び上記の溶接開始信号Ｓｔを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルに変化した時点から溶接時間設定信号Ｔwrによって定まる時間だけＨｉｇｈレベルになる起動信号Ｏｎを出力する。
【００１９】
溶接電流設定回路ＩＲは、予め定めた溶接電流設定信号Ｉｒを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の溶接電流設定信号Ｉｒと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。駆動回路ＤＶは、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉ及び上記の起動信号Ｏｎを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルの間は、電流誤差増幅信号Ｅｉに基づいてパルス幅変調制御を行い、上記のインバータ回路ＩＮＶを駆動するための駆動信号Ｄｖを出力する。したがって、テスト溶接モード及び本溶接モードの両モード共に、溶接電流Ｉｗが溶接電流設定信号Ｉｒの値と等しくなるように定電流制御される。
【００２０】
電力基準値生成回路ＰＳは、上記の瞬時電力値信号Ｐｄ、上記の溶接モード選択信号Ｍｓ及び上記の起動信号Ｏｎを入力として、以下の動作を行い、電力基準値信号Ｐｓを出力する。
（１）上記の溶接モード選択信号ＭｓがＨｉｇｈレベル（テスト溶接モード）のときは、上記の起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベル（通電中）の間、上記の瞬時電力値信号Ｐｄの値を所定サンプリング周期ごとにＡ／Ｄ変換して電力基準パターンＰｐとして記憶する。
（２）上記の溶接モード選択信号ＭｓがＬｏｗレベル（本溶接モード）のときは、上記の起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベル（通電中）に変化すると、上記（１）によって記憶された電力基準パターンＰｐから上記のサンプリング周期ごとにデータを順番に読み出してＤ／Ａ変換し、電力基準値信号Ｐｓとして出力する。
【００２１】
上記のサンプリング周期は、０．１〜２０ms程度に設定される。このサンプリング動作を、より具体的に説明する。ここで、上記の溶接時間設定信号Ｔwrの値が７cycであり、１cycが１／５０＝２０msである場合とすると、溶接時間は２０×７＝１４０msとなる。ここではサンプリング周期が１msの場合とする。溶接モード選択信号ＭｓがＨｉｇｈレベル（テスト溶接モード）のときは、溶接時間１４０ms中を１msごとに瞬時電力値信号ＰｄをＡ／Ｄ変換するので、１４０個のデータが記憶されることになる。このデータ列｛Ｐｄ(1)，Ｐｄ(2)…Ｐｄ(140)｝が、電力基準パターンＰｐとなる。溶接モード選択信号ＭｓがＬｏｗレベル（本溶接モード）になると、この電力基準パターンＰｐから１msごとに１つずつデータが読み出されてＤ／Ａ変換され、電力基準値信号Ｐｓとして出力される。
【００２２】
適正幅設定回路ＤＰＳは、予め定めた適正幅設定信号ΔＰｓを出力する。判別回路ＨＫは、上記の溶接モード選択信号Ｍｓ、上記の電力基準値信号Ｐｓ、上記の適正幅設定信号ΔＰｓ及び上記の瞬時電力値信号Ｐｄを入力として、溶接モード選択信号ＭｓがＬｏｗレベル（本溶接モード）のときに、溶接中の瞬時電力値信号Ｐｄの値が適正範囲Ｐｓ±ΔＰｓ内にあるかを判別して、ＹＥＳのときはＬｏｗレベル（品質良好）となる判別信号Ｈｋを出力し、ＮＯのときはＨｉｇｈレベル（品質不良）となる判別信号Ｈｋを出力する。すなわち、溶接中の瞬時電力値信号Ｐｄの値が、テスト溶接によって生成した電力基準パターンＰｐからの所定範囲（Ｐｓ±ΔＰｓ）内で変化したときは、品質が良好であったと判別する。このときに、ＰｄがＰｓ±ΔＰｓの範囲外にある時間が所定時間以下である場合には、品質良好と判別するようにしても良い。警報回路ＡＲは、上記の判別信号Ｈｋを入力として、判別信号ＨｋがＨｉｇｈレベル（品質不良）のときは表示灯を点灯させる。表示灯の点灯に加えて警報音を発するようにしても良い。さらに、ロボット溶接にあっては、上記の判別信号Ｈｋをロボット制御装置に送信し、ロボット制御装置内のメモリに記憶させるようにしても良い。また、上記の適正幅設定信号ΔＰｓの値は、溶接品質の要求レベル、被溶接材条件（被溶接材の材質、板厚、突起部の形状等）に応じて実験によって予め設定する。
【００２３】
図２は、上述した電力基準パターンＰｐの生成方法を示す図である。同図の横軸は溶接経過時間ｔ（cyc）を示し、縦軸は瞬時電力値Ｐｄ（Ｗ）及び電力基準値信号Ｐｓ（Ｗ）の値を示す。同図の被溶接材条件は、板厚１ｍｍの鋼材と四角溶接ナットＭ６の場合である。この溶接終了時間Ｔｅと図１の溶接時間設定信号Ｔwrの値とは等しい値である。
【００２４】
同図に示すように、溶接終了時間Ｔｅ＝７cycであるので、１cyc＝１／５０＝２０msの場合とすると、溶接終了時間Ｔｅ＝１４０msとなる。この溶接時間１４０msを１msのサンプリング周期で瞬時電力値信号Ｐｄの値をＡ／Ｄ変換する。この結果が、データ列｛Ｐｄ(1)，Ｐｄ(2)…Ｐｄ(n)…Ｐｄ(140)｝となり、これらのデータ列が電力基準パターンＰｐとなる。同図において、電力基準パターンＰｐの曲線上にある小さな黒丸が、１つ１つのデータを示す。同図では、黒丸の数は本来140個表示する必要があるが、その数を省略して表示している。溶接経過時間ｔが０直後のときのデータがＰｄ(1)＝３０Ｗとなっており、時間が経過するのに伴って急上昇し、ｋ番目のデータＰｄ(k)＝１３０Ｗのときに一旦、最大値となっている。そして、最大値よりも少し小さな値近傍で推移した後に次第に大きくなり、溶接経過時間ｔ＝ＴｅのときのデータがＰｄ(140)＝１３５Ｗとなっている。
【００２５】
本溶接モードになると、溶接が開始された時点からこの電力基準パターンＰｐを形成するデータ列が、上記と同一値のサンプリング周期ごとに電力基準値信号Ｐｓとして出力される。したがって、Ｐｓ(1)＝Ｐｄ(１)、Ｐｓ(2)＝Ｐｄ(2)、Ｐｓ(n)＝Ｐｄ(n)、Ｐｓ(140)＝Ｐｄ(140)となる。
【００２６】
同図においては、テスト溶接モード時に電力基準パターンＰｐとして記憶したデータ列を、本溶接モードでは、そのまま電力基準値信号Ｐｓとして出力する場合を説明した。この方法以外にも以下のようにして電力基準パターンＰｐを生成する方法がある。
（１）テスト溶接モード時に記憶したデータ列に基づいて、近似式を算出し、この近似式を電力基準パターンＰｐとする。このようにすれば、本溶接モード時において、任意のサンプリング周期でＤ／Ａ変換を行って、電力基準値信号Ｐｓを出力することができる。さらには、近似式を算出することで、データ列に含まれているバラツキ、ノイズ等の変動要因を除去することができるので、正確な品質判別が可能となる。
（２）テスト溶接モードにおいて、テスト溶接を複数回行い、複数のデータ列を記憶する。１回目のテスト溶接のデータ列をＰｄ(1,n)とし、２回目のテスト溶接のデータ列をＰｄ(2,n)とし、３回目のテスト溶接のデータ列をＰｄ(3,n)とする。電力基準パターンＰｐを生成するときは、これらの平均値を算出することによって行う。すなわち、電力基準パターンＰｐを形成するデータ列Ｐｄ(n)＝（Ｐｄ(1,ｎ)＋Ｐｄ(2,n)＋Ｐｄ(3,n)）／３となる。同図では、ｎは１〜140までの数となるので、140回の平均値を算出することになる。このようにして算出された電力基準パターンＰｐのデータ列を、本溶接モードでは直接出力しても良い。また、上記（１）項のように、近似式を算出するようにしても良い。この方法では、複数回のテスト溶接時のデータ列から電力基準パターンＰｐを生成するので、バラツキ、ノイズ等の変動要因を除去することができ、正確な品質判別が可能となる。
【００２７】
同図において、実践で示す電力基準パターンＰｐを適正幅ΔＰｓだけ上方向に平行移動した破線が、所定範囲の上限値Ｐｓ(n)＋ΔＰｓとなる。また、電力基準パターンＰｐを適正幅ΔＰｓだけ下方向に平行移動した破線が、所定範囲の下限値Ｐｓ(n)−ΔＰｓとなる。したがって、本溶接中の瞬時電力値信号Ｐｄの値が、この破線で示す下限値と上限値とに挟まれた範囲で変化したときは、溶接品質が良好になる。同図における電力基準パターンＰｐは一例であり、被溶接材条件によってそのパターンは種々の形状の曲線となる。
【００２８】
電力基準パターンＰｐは、被溶接材の条件に応じて最適化する必要がある。このために、被溶接材条件ごとにテスト溶接を行い、電力基準パターンＰｐを生成することになる。このようにすることによって、被溶接材条件に応じて正確な品質判別が可能となる。
【００２９】
以下、図１の溶接装置を用いて、実施の形態に係るプロジェクション溶接の品質判別方法を実施する場合の手順について説明する。
（１）テスト溶接のための溶接条件の設定
図１の溶接装置において、溶接モード選択回路ＭＳによってテスト溶接モードを選択する。この状態で、溶接対象となる被溶接材に対して、溶接電流値、溶接時間、電極の加圧力等を適正化して、適正なナゲットが形成されるようにする。このような溶接条件の設定は、定電流制御の溶接装置を用いて行われるために、これまでに蓄積された経験、データ等を再利用することができるので、適正条件を効率的に設定することができる。
【００３０】
（２）テスト溶接による電力基準パターンＰｐの生成
テスト溶接モードにおいて、上記（１）項で設定した溶接条件で、対象となる被溶接材をテスト溶接する。このテスト溶接中に、瞬時電力値をサンプリングしたデータ列が記憶される。この記憶されたデータ列が、電力基準パターンＰｐとなる。この電力基準パターンＰｐの生成方法については、上述したように種々の方法がある。
【００３１】
（３）本溶接の実施
溶接モード選択回路ＭＳにおいて本溶接モードを選択する。本溶接モードが選択されると、電力基準値生成回路ＰＳから電力基準パターンＰｐに従って電力基準値信号Ｐｓが出力される。判別回路ＨＫでは、本溶接中の瞬時電力値信号Ｐｄの値が、電力基準パターンＰｐからの所定範囲（Ｐｓ±ΔＰｓ）内で変化したかを判別して、ＹＥＳならば品質良好と判別し、ＮＯならば品質不良と判別する。このようにして、プロジェクション溶接における溶接品質を正確に判別することができる。
【００３２】
溶接中の瞬時電力値の時間変化が、電力基準パターンからの所定範囲内であるときに、溶接品質が良好になる理由は、以下のとおりである。すなわち、溶接開始から終了に至るまでの溶接部への入熱過程が、基準となるパターンに従って変化する場合には、チリの発生しない適正な直径のナゲットが形成されることになる。したがって、この入熱過程を瞬時電力値で検出し、この瞬時電力値が電力基準パターンに沿うように変化する場合には、チリの発生しない適正な直径のナゲットが形成されたと判別することができる。このために、適正幅ΔＰｓは、瞬時電力値がどの程度電力基準パターンに一致したときに品質が良好であると判別するかの、閾値となる。
【００３３】
上述した実施の形態によれば、本溶接の前に、適正なナゲットを形成するテスト溶接を行い、このテスト溶接中の瞬時電力値の時間変化を記憶して電力基準パターンを生成する。このために、適正化された溶接条件でテスト溶接を行うだけで、電力基準パターンの適正値を効率的に生成することができる。したがって、生産準備に多くの時間を費やすことがない。そして、本溶接中の瞬時電力値が電力基準パターンからの所定範囲内で変化するかを判別することによって、溶接品質が良好（チリの発生がなく、かつ、ナゲット径が適正である状態）であることを自動判別することができる。
【００３４】
上述した実施の形態では、インバータ制御の直流溶接装置について説明したが、インバータ制御の交流溶接装置、サイリスタ制御の直流溶接装置及びサイリスタ制御の交流溶接装置の場合も同様である。
【符号の説明】
【００３５】
１ａ、１ｂ        電極
２            被溶接材
ＡＣ            商用交流電源
ＡＲ            警報回路
ＤＰＳ            適正幅設定回路
ＤＲ            ２次整流回路
ＤＶ            駆動回路
Ｄｖ            駆動信号
ＥＩ            電流誤差増幅回路
Ｅｉ            電流誤差増幅信号
ＨＫ            判別回路
Ｈｋ            判別信号
ＩＤ            電流検出回路
Ｉｄ            電流検出信号
ＩＮＶ            インバータ回路
ＩＲ            溶接電流設定回路
Ｉｒ            溶接電流設定信号
Ｉｗ            溶接電流
ＭＳ            溶接モード選択回路
Ｍｓ            溶接モード選択信号
ＯＮ            起動回路
Ｏｎ            起動信号
ＰＤ            瞬時電力値算出回路
Ｐｄ            瞬時電力値（信号）
Ｐｐ            電力基準パターン
ＰＳ            電力基準値生成回路
Ｐｓ            電力基準値信号
ＳＴ            溶接開始回路
Ｓｔ            溶接開始信号
ｔ            溶接経過時間
Ｔｅ            溶接終了時間
ＴＲ            高周波変圧器
ＴＷＲ            溶接時間設定回路
Ｔwr            溶接時間設定信号
ＶＤ            電圧検出回路
Ｖｄ            電圧検出信号
Ｖｗ            溶接電圧
ΔＰｓ            適正幅（設定信号）
【図１】
2010269337.tif 000003
【図２】
2010269337.tif 000004